Geneetika torpeedode teooria

Kromatiini struktuuri esimene otsene vaatlus lükkab ümber õpikud

DNA ühendatakse valkudega pärlmutterkromatiini keermeteks. Kuid kuidas need tuumas paiknevad, olid seni vaid teooriad. See illustratsioon näitab varasemat õpiku arvamust: "Pärlmutrikaelakeed" on korralikult kokku painutatud üha paksemateks kiududeks. © Darryl Leja / NHGRI
ettelugemist

Kaos järjekorra asemel: Meie geneetiline materjal on tuumas paigutatud üsna erinevalt kui õpikutes. Kromatiin, mis koosneb DNA-st ja valkudest, moodustab kaootilised voldid ja pallid, selle asemel, et neid korralikult paksemateks kiududeks kokku panna. See näitab kromatiini struktuuri esimest otsest vaatlust tervetes rakkudes. Ajakirja "Science" teadlaste sõnul avab see täiesti uue ülevaate DNA vormi ja funktsiooni vahelisest seosest.

DNA on meie geneetilise teabe kandja ja seega omamoodi teatmeteos kõigi meie rakkude jaoks. See on vastavalt ulatuslik: ainuüksi ühe raku DNA on umbes kahe meetri pikkune ja kõigi meie keharakkude geneetiline materjal jõuaks siit isegi kääbusplaneedile Pluuto.

Pakendi müsteerium

Kuid kuidas on see tohutult pikk ahel paigutatud ainsasse kuue mikroni suurusesse väikese raku tuumasse? Täpselt see küsimus on isegi enam kui 60 aastat pärast DNA avastamist endiselt suuresti vastamata. On selge, et DNA koos valkudega kuni histoonideni ja need omakorda kogunevad kromatiiniks - sarnaselt pärlikarjale.

Kuid kromatiin moodustab kromosoome, selle kohta on ainult teooriad. Enamiku õpikute andmetel moodustavad kromatiini "pärliahelad" järjest paksemad kiud, kõigepealt paksusega 30, siis 120 ja 320 nanomeetrit. Need ühendavad lõpuks kromosoome.

Kromatiini struktuur visualiseeriti

Kas see tõesti nii on, kuid ei suutnud siiani tõestada, kuna mittepurustavaid pildistamismeetodeid polnud. "See on üks bioloogia kõige ebaregulaarsemaid bioloogilisi väljakutseid, et jälgida seda kõrgemat DNA struktuuri ja näha, kuidas see on seotud genoomi funktsiooniga, " selgitab uuringu juht Clodagh O'Shea Salki bioloogiliste uuringute instituudist La Jolla-s. kuva

Kromatiini struktuur (ees), elektronmikroskoopiline vaade ja pakkimise tihedus (taga), mis on määratud uue meetodiga - Salki instituut / Clodagh O'Shea

See on täpselt O'Shea ja tema kolleegide väljakutse. Nad on leidnud värvaine, mis seob valikuliselt metalli DNA-ga, paljastades kromatiini struktuuri seda muutmata või hävitamata. See võimaldas neil geneetilist materjali intaktsete rakkude tuumas ette valmistada ja seda kolmemõõtmeliselt pildistada elektronmikroskoopia tomograafia (ChromEMT) abil.

Kn uel puhaste kihtide asemel

Üllatav tulemus: õpikutes postitatavate tavaliste kiudude või kenade struktuuride kohta pole märke. Vastupidi, kromatiin moodustab tuumas korrastamata klastrid, milles geneetiline materjal volditakse ja kinnistub väga erinevalt, nagu pildid paljastasid.

"Me näeme näiteks lühikeste sirgete sektsioonidega kromatiini ahelaid, milles kromatiin näib olevat virnastatud, " kirjutavad teadlased. "Siis on jällegi spiraalse pöördega kromatiini ahelad. Teine korduv muster on erineva suurusega silmuste moodustumine kromatiini ahelate sees ja vahel. "

Õpikute teooria kummutab

See kromatiini näiliselt kaootiline struktuur on selgelt vastuolus tavapärase teooriaga õpikud tuleb ümber kirjutada. "Meie tulemused näitavad, et kromatiin ei pea tuumasse mahutamiseks moodustama kõrge järjekorraga tahkeid struktuure, " ütleb O'Shea. "Selle asemel loob pakkimistihedus aluse erinevatele struktuuridele."

Pakkimistihedus mõjutab ka seda, kus DNA on juurdepääsetav ja loetav, ütlesid teadlased. Vajalikud ensüümid suunatakse voldide ja rullide kujuga otse dokkimiskohtadesse nad sukelduvad konstruktsiooni nagu droon kanjonis. "Nii kontrollib pakketihedus meie genoomi funktsionaalset aktiivsust ja ligipääsetavust, " selgitab O'Shea.

"Murranguline saavutus"

Esmakordselt on lahendatud üks meie geneetilise materjali suuri mõistatusi. Tänu uuele võimele kromatiini kohapeal jälgida, saavad teadlased nüüd esimest korda otse uurida, kuidas mõjutab nende ülitäpsem DNA struktuur. See avab täiesti uued võimalused teadusuuringuteks, aga võib-olla ka meditsiiniks.

"Kromatiini tuuma visualiseerimine tuumas on murranguline saavutus, " kirjutavad Daniel Larson ja Tom Misteli USA Riiklikust Vähiinstituudist lisatud kommentaaris. (Teadus, 2017; doi: 10.1126 / teadus.aag0025)

(Salki instituut / teadus, 28.07.2017 - MTÜ)